降噪路面建设橡胶改性沥青混凝土应用

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摘要：在绿色环保理念下的市政建设领域，对路面降噪功能提出了新的需求，采用橡胶沥青+间断级配混合料成为降噪路面建设的首选方案。复合橡胶沥青兼具SBS聚合物改性沥青和传统橡胶沥青的良好路用性能。针对哈尔滨安阳路高架桥桥面铺装项目采用抗裂型复合改性沥青SMA-13沥青混凝土，添加聚酯纤维代替传统的木质素纤维，在哈尔滨地区-10℃气温下，添加APTL橡胶沥青专用温拌剂，同时提升混合料拌合、摊铺及碾压温度，保障混合料压实孔隙率。成型路面噪音与同路段其他路面相比降低3分贝以上。

关键词：降噪路面；复合改性；橡胶沥青；低温施工

1研究背景

随着我国国民经济的持续增长和城镇化水平的日益提高，社会各界对道路桥梁等基础设施工程的建设质量和使用功能提出了更高的要求。随着城镇化的快速发展，越来越多的老城区进行改扩建，高架桥交通疏解工程建设的增加，对传统沥青路提出了诸如抗车辙、环保、降噪、除冰雪等更多的使用功能要求，尤其对桥面铺装层的降噪功能提出了更高的要求。因此，针对降噪沥青混凝土路面材料的研究越来越多的成为道路设计工作者的工作方向。

2技术方案设计

使用特殊的道路建设材料和道路结构铺筑降噪路面，是降低道路噪声的有效手段之一。目前国内实现道路铺装层低噪声可分为三个方向，一是采用多空隙OGFC透水沥青混凝土路面，二是采用小粒径超薄沥青混凝土路面，混合料公称粒径通常为9.5mm，铺装厚度一般为2cm-2.5cm，三是采用橡胶沥青路面技术。由于东北地区特殊气候环境和冬季器械除冰雪等特点，多空隙沥青混凝土路面在冻融循环的作用下，容易出现脱落、破损等早期损害。哈尔滨地区年平均降雨量一般在500mm-600mm，在低降雨条件下，多空隙沥青混凝土路面空隙会逐年被堵塞，进而逐步丧失空隙吸收的效果，因此并不适用于哈尔滨地区。与其他路面材料相比，橡胶沥青混凝土路面具有更好的高、低温路用性能，更优异的耐久性和抗疲劳性能；由于其高黏度高回弹的特质，橡胶沥青路面在降噪效果上，也远远好于其他结构的路面。通过对哈尔滨地区在2011年左右修筑的多条橡胶沥青路面进行道路检测发现，在未经过大规模养护的情况下橡胶沥青混凝土路面与同一时期修筑的普通SBS改性沥青路面相比，未出现明显的车辙、裂缝、坑槽等病害，同时行车舒适度及道路噪声也远远小于其他路面。因此综合各方面因素，在安阳路高架桥降噪路面项目中采用橡胶沥青混合料作为桥梁面层铺装材料。

3原材料技术指标

3.1沥青胶结料的选择

目前橡胶沥青根据生产工艺及路用性能主要分为废胎胶粉橡胶沥青、改性胶粉橡胶沥青和聚合物胶粉复合改性沥青三大类。针对这三种不同工艺的橡胶沥青进行对比发现，聚合物胶粉复合改性沥青采用SBS等聚合物+橡胶粉共同对沥青进行改性，其高温性能和低温性能均远超过常规的胶粉改性橡胶沥青和聚合物改性沥青，兼具SBS改性沥青良好的低温延度的同时（5℃延度超过30cm，与聚合物改性沥青性能接近），通过SBS与橡胶颗粒的复配大幅度地提升了沥青的高温性能，使改性沥青的软化点可以超过75℃。同时与传统的橡胶沥青相比，离析软化点差可以控制在3℃以内，确保了不会由于橡胶沥青的离析分层使混合料路用性能产生波动变化。综合考虑不同材料路用性能差异，项目最终选用北京中石油燃料油研究院研发的第四代抗裂环保型聚合物胶粉复合改性沥青作为首选方案。

3.2纤维选择

SMA沥青玛蹄脂碎石混合料中通常采用的是木质素纤维，这种纤维除能够吸附自由沥青增加油膜厚度外，对SMA混合料各项路用性能提升效果不明显，而且与聚合物纤维相比，木质素纤维在混合料中分散性较差，容易由于拌合分散效果不好造成路面油斑现象。为了进一步增加SMA混合料高温抗车辙与低温抗裂性，最终采用聚丙烯晴纤维代替传统的木质素纤维。

4混合料设计级配优选

4.1配合比设计优选

针对复合橡胶沥青特性和桥面工程沥青混合料摊铺压实特点，项目级配针对2.36关键筛孔通过率，分别选择了18、21、24三种不同通过率混合料性能试验，通过对粗集料骨架间隙率VCAmin、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA、混合料孔隙率等多个指标的综合分析，最终采用了更接近SMA上限的级配曲线，2.36mm筛孔通过率取25%，4.75mm筛孔通过率取值32%。

4.2矿粉用量

SMA-13通常采用10%以上矿粉用量，以确保更高的沥青用量，而采用聚合物复合沥青的SMA混合料，由于沥青的超高粘度特性，可以在相对较低的矿粉用量下（复合改性SMA-13的矿粉用量采用8%），仍然确保较高的沥青用量而不产生自由沥青。通过对胶粉聚合物复合改性沥青AR-SMA-13析漏实验，在沥青含量达到6.8%后，析漏实验结果为0.08%，符合设计规程要求。

4.3混合料技术指标

项目采用马歇尔方法进行胶粉聚合物复合改性沥青AR-SMA-13混合料的配合比试验，最终确定的沥青混合料最佳沥青含量为6.5%。混合料路用性能指标详见表1。采用环保抗裂橡胶沥青的AR-SMA-13混合料高温抗车辙性能达到9000次/mm以上，甚至超过了部分掺加高模量抗车辙剂的改性沥青混凝土指标，而且低温弯曲破坏应变指标也能达到3240，并未出现一般掺加抗车辙沥青混凝土常见的高温抗车辙指标高，低温抗裂性差的现象。

5低温施工质量控制

项目施工季节为10月底至11月初，混合料生产和摊铺施工时气温为5℃至-10℃。由于SMA混合料本身具有高矿粉用量、高沥青含量和掺加纤维材料的特点，混合料自身粘稠度高，而且在冬季低温气候下，运输、摊铺及碾压过程如果混合料降温过快，路面更加难以压实。由于橡胶沥青中橡胶颗粒吸附沥青中的饱和酚和芳香分等软质成分，因此具有远超普通改性沥青的抗老化特性，针对橡胶沥青的特点，在生产过程中提高了混合料各项温度，复合改性沥青加热温度提升至190~195℃，AR-SMA-13混合料拌合出料温度控制在190℃~195℃之间。通过对多辆混合料运输车的跟踪观测，在室外气温接近-10℃的条件下，50吨运输车在5小时的等待时间内，混合料的平均温度下降15℃±3℃，摊铺时温度可以达到175℃，碾压温度可以达到155℃，满足聚合物复合改性沥青混合料施工温度要求。

6使用效果分析

（1）抗裂环保聚合物复合改性沥青，由于生产过程添加脱硫化效果更好，同时添加抑制有害物质排放的添加剂，因此与普通橡胶沥青相比，在混合料较高温度情况下，有害气体的排放量显著降低，对施工人员身体健康和环境的影响更低。（2）采用聚合物橡胶复合改性沥青混合料，生产、运输及施工的温度要求高于普通改性沥青混合料10℃-20℃；在采用安迈-4000型设备生产条件下，由于复合改性沥青的高粘度特性，生产效率与传统SMA混合料相比，生产时间增加10%左右，通常情况下每小时产能约为180吨。（3）与普通路面相比，采用聚合物复合改性橡胶沥青修筑的降噪路面，颜色观感更黑，在喷涂完白色道路标志标线后，道路呈现更好的层次感和更好的感官舒适感。（4）采用聚合物复合改性橡胶沥青修筑的降噪路面，与采用普通改性沥青材料的同一路段相比，路面噪声平均下降了3-5分贝，相当于交通量降低60%或车速下降50%带来的噪声降低。

7结束语

在日趋增大的功能性路面需求下，升级型的抗裂环保聚合物橡胶复合改性沥青混合料兼具环保低温和出色的路用性能，在北方地区的城市建设中具有良好的推广前景。

参考文献：

[1]张守城，吴胜强，徐刚.橡胶沥青混凝土路面的降噪性能研究[A].湖北省公路学会.湖北省公路学会自然科学优秀学术论文汇编（2008年-2013年）[C].湖北省科学技术协会，2014：4.

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[3]杜宇兵，邹晓翎，柴明明.橡胶粉/高黏剂复合改性沥青制备研究[J].公路，2017（08）：228-233.

[4]JT/T798-2019.路用废胎胶粉橡胶沥青[S].中华人民共和国交通运输部，2019.

作者：魏翰超 贺丹 侯宇星 单位：黑龙江省中信路桥材料有限公司